1，軟件簡介

TOSCA 是標準的無參結構優化系統。使用該軟件可以對具有任意載荷情況的有限元模型進行拓撲、形狀、條紋、尺寸優化。由于采用無參結構優化系統，不需要對模型參數化，因此減小了建模工作，而且結構的優化更具彈性。該軟件的優化標準是建立在最優標準基礎上的優化算法，過程快捷靈敏。Tosca軟件由DS SIMULIA公司完成開發設計。目前，已有德國奧迪公司和寶馬公司等眾多工業企業采用Tosca作為產品虛擬開發軟件。

2，軟件功能
? TOSCA內部有優秀的快速的、穩健的算法，使得優化迭代很快收斂。算法有OC算法、密度算法和數學規劃算法（其中包括靜態和動態）
? Tosca進行結構優化的每一迭代過程均在外部求解器中進行求解，通過采用業界公認的MSC.Nastran,，MSC.Marc ，MSC.ADAMS，MSC.FATIGUE，ABAQUS， ANSYS， I-DEAS 和PERMAS 等眾多標準求解器既保證了計算結果的高精度，又為客戶避免了不必要的重復投資

? Tosca 可以通過后處理輸出CAD文件格式，其中包括stl格式和igs格式等，這樣就可以實現新產品開發在CAD/CAE 系統中從概念到成品的閉環優化設計過程

? 支持非線性，包括材料非線性、接觸和大變形對于大變形、接觸、材料非線性等這些非線性問題而言，如果按照線性問題來處理，其優化的結果和真實情況會出現相當大的差別，甚至會出現相反的結果，也就是說，對于非線性問題，在優化的時候必須采用非線性的優化方法才能更加接近真實狀況，優化的結果才更可靠和最優。
? 網格自適應功能，提高求解效率

? 可以進行基于疲勞的優化問題，提高產品的壽命

? 可以定義加工工藝約束，其中可以進行密封性約束、沖壓、鑄造、拔模、鍛造、對稱性約束等。

? 支持并行計算求解Tosca支持調用多個處理器來進行并行計算求解，包括調用多個cpu進行求解器求解、多個求解器進行優化、多個求解器進行結果平滑處理等。

? 支持多工況優化分析一般而言，只要有限元求解器支持的工況Tosca也都支持，并且對工況數目沒有限制，理論上可以有無限多個工況。

? 支持多目標優化分析Toscatigong兩種方式對多目標進行處理：加權和法：Min 或者：Min（Max（兩種方式優化結果不一樣，并且都基于Sensitivity算法。

? Tosca Fluid流體優化Tosca Fluid大多數應用在管流問題中。通過初始設計空間，Tosca Fluid自動進行管流的優化設計。通過CFD求解器，顯著減少壓降或者得到穩流。運用Tosca Fluid好處：
1) 運用現有技術和模型，快速得到回報
2) 通過自動布局和廣泛整合大幅提高效率
3) 更短的開發時間

3，軟件功能模塊
--Tosca.gui——Tosca軟件的前處理模塊
Tosca.gui是非常容易使用的結構優化定義、前/后處理的用戶圖形界面程序。如圖11所示Tosca.gui在優化流程圖中附加在有限元分析的前后處理過程中。

--Tosca.topology——Tosca軟件的核心優化拓撲模塊
新產品開發過程中的第一步工作是定義概念階段結構的設計原則。該設計原則是指確定基于載荷、先決條件以及可選設計空間內的一個設計解。該設計解在滿足設計要求如強度、剛度或者頻率目標等基礎上是相對于重量或者成本最優。Tosca.topology保證了設計者或者CAE專家在產品的早期概念階段了解設計要求相對于重量的最優解。沒有承擔載荷的面積被從設計空間中去除。新的設計具有結構里的最優流動。拓撲優化結果可以用來作為設計工程師的最終產品設計。

--Tosca.shape——Tosca軟件的形狀優化功能模塊
概念設計階段的下一階段是設計的改進過程。在應力分析基礎上，對結構的表面幾何形狀進行不斷的修正和改進，直到達到要求的應力水平為止。該過程通常采用試錯方法手工進行。但是Tosca.shape模塊可以自動完成該改進過程。給定有限元模型的表面形狀會在有限元結果的基礎上進行不斷的改進，直到達到要求的優化目標。開始模型采用已存需要改進的設計方案或者前面拓撲優化過程的結果。

--Tosca.bead——Tosca條紋優化模塊
Tosca.bead 采用德國卡爾斯魯厄大學制造發展協會（IPEK）開發的算法庫對金屬板結構進行條紋優化以提高其剛度和自然頻率或者降低噪音和振動。

--Tosca.sizing——Tosca尺寸優化模塊
尺寸功能主要的設計變量是殼單元的厚度，優化過程采用嚴格的靈敏度計算，CPU時間和迭代次數獨立于設計變量的數量。設計變量可以應用傳統的剛度、質量、和模態特征頻率等。此功能可以應用于典型的工程優化任務，例如多個載荷時滿足剛度要求下的質量最小化，或者給定質量下的特征頻率最大化。

--Tosca.smooth——結構形狀光滑優化模塊
在虛擬產品開發過程中，需要將優化結果返回到CAD系統中完成產品設計過程的閉環。Tosca.smooth可以將優化結果輸入到大多數的CAD系統中去。從拓撲優化結果中計算得到材料分布的等勢面。然后，對該等勢面進行光滑和數據削減處理。最終得到的光滑優化表面可以以幾種不同的形式輸出。形狀優化結果可以以相同的格式轉為表面模型。

--Tosca.advanced——Tosca軟件的高級功能
選項針對更高水平的優化要求，Tosca.advanced tigong了特殊的功能。對于Tosca.topology 模塊，采用Tosca.advanced功能能夠實現單元網格的自適應細分，具有不同優化目標的多優化域。對于Tosca.shape模塊，Tosca.advanced 的主要功能有：
1) 基于耐久性分析基礎上的形狀優化
2) 接觸應力均勻化處理的接觸表面優化
3) 具有不同優化目標的多重優化域
4) 基于幾何非線性分析基礎上的優化過程
5) 使用非線型材料的優化過程
--Tosca- ansa——Tosca軟件內嵌的ansa前后處理模塊
Tosca.gui不能可視化前后處理、優化進程，Tosca軟件內嵌通用前后處理軟件Beta cae systems模塊Ansa，通過Tosca-ansa來實現可視化前后處理、優化進程功能。
Tosca-ansa主要特點有：
1) 優化任務交互式前處理
2) GUI的可視化進行優化工作的開始和啟動
3) GUI的可視化獲取后處理信息
4) 優化結果自動驗證
5) 基于ANSA技術的用戶圖形界面